Summary

Imagem latente avançada da difusão no Hippocampus dos ratos com ferimento de cérebro traumático suave

Published: August 14, 2019
doi:

Summary

O objetivo geral deste procedimento é obter informações microestruturais quantitativas do hipocampo em um rato com lesão cerebral traumática leve. Isto é feito usando um protocolo avançado difusão-tornado mais pesado da imagem latente de ressonância magnética e a análise baseada região–interesse de mapas paramétricos da difusão.

Abstract

A lesão cerebral traumática leve (mTBI) é o tipo mais comum de lesão cerebral adquirida. Como os pacientes com lesão cerebral traumática apresentam uma tremenda variabilidade e heterogeneidade (idade, sexo, tipo de trauma, outras patologias possíveis, etc.), os modelos animais desempenham um papel fundamental nos fatores que são limitações na pesquisa clínica. Fornecem um ajuste padronizado e controlado para investigar os mecanismos biológicos do ferimento e do reparo depois de TBI. No entanto, nem todos os modelos animais imitam a natureza difusa e sutil do mTBI efetivamente. Por exemplo, o impacto cortical controlado comumente usado (CCI) e os modelos de lesão de percussão de fluido lateral (LFPI) fazem uso de uma craniotomia para expor o cérebro e induzir trauma focal generalizado, que não são comumente vistos no mTBI. Portanto, esses modelos experimentais não são válidos para imitar o mTBI. Assim, um modelo apropriado deve ser usado para investigar o mTBI. O modelo de queda de peso de Marmarou para ratos induz alterações microestruturais e deficiências cognitivas semelhantes, como observado em pacientes que sustentam trauma leve; Portanto, esse modelo foi selecionado para este protocolo. As varreduras convencionais do tomography computado e da imagem latente de ressonância magnética (MRI) mostram geralmente nenhum dano que segue uma lesão suave, porque o mTBI induz frequentemente somente as lesões subtis e difusas. Com o MRI tornado mais pesado da difusão, é possível investigar Propriedades microestrutural do tecido de cérebro, que pode fornecer mais introspecção nas alterações microscópicas que seguem o traumatismo suave. Portanto, o objetivo deste estudo é obter informações quantitativas de uma região de interesse selecionada (ou seja, hipocampo) para acompanhar a progressão da doença após a obtenção de uma lesão cerebral leve e difusa.

Introduction

A lesão cerebral traumática (TCE) tem ganhado mais atenção nos últimos anos, pois tornou-se evidente que essas lesões cerebrais podem resultar em consequências cognitivas, físicas, emocionais e sociais ao longo da vida1. Apesar desta consciência crescente, o TBI leve (mTBI, ou concussão) ainda é frequentemente subrelatado e não diagnosticado. O MTBI foi referido como uma epidemia silenciosa, e indivíduos com história de mTBI apresentam taxas mais elevadas de abuso de substâncias ou problemas psiquiátricos2. Diversos pacientes com mTBI vão undiagnosed cada ano devido à natureza difusa e subtil das lesões, que não são frequentemente visíveis em varreduras convencionais do tomography computado (CT) ou da imagem latente de ressonância magnética (MRI). Esta falta de evidência radiológica de ferimento de cérebro conduziu ao desenvolvimento de umas técnicas mais avançadas da imagem latente tais como a difusão MRI, que são mais sensíveis às mudanças microestrutural3.

A difusão MRI permite o mapeamento in vivo da microestrutura, e esta técnica de MRI tem sido usada extensivamente em estudos de TBI4,5,6. A partir do tensor de difusão, a anisotropia fracionária (FA) e a difusividade média (MD) são computadas para quantificar a alteração na organização microestrutural após lesão. Comentários recentes em pacientes com mTBI relatam aumentos na FA e diminuem em MD após lesão, o que pode ser indicativo de inchaço axonal7. Ao contrário, aumentos na MD e diminuições na FA também são encontrados e têm sido sugeridos para fundamentam rupturas na estrutura parenquimatosa após a formação de edema, degeneração axonal, ou desalinhamento de fibra/ruptura8. Esses achados mistos podem ser parcialmente explicados pela heterogeneidade clínica significativa do mTBI causada por diferentes tipos de impacto e severidade (por exemplo, rotação-aceleração, trauma de força bruta, lesão de jateamento ou combinação do primeiro). No entanto, atualmente não há um consenso claro sobre a patologia subjacente e base biológica/celular que sustentam alterações na organização microestrutural.

Os modelos animais fornecem um ajuste padronizado e controlado para investigar mecanismos biológicos de ferimento e reparar depois de TBI mais detalhadamente. Vários modelos experimentais para TBI foram desenvolvidos e representam diferentes aspectos da TBI humana (por exemplo, trauma focal vs. difuso ou trauma causado por forças rotacionais)9,10. Os modelos animais comumente usados incluem os modelos de impacto cortical controlado (CCI) e lesão de percussão de fluido lateral (lfpi)11,12. Embora os parâmetros experimentais possam ser bem controlados, estes modelos fazem uso de uma craniotomia para expor o cérebro. Craniotomias ou fraturas do crânio não são comumente observadas no mTBI; Portanto, esses modelos experimentais não são válidos para imitar o mTBI. O modelo de aceleração de impacto desenvolvido por Marmarou et al.13 faz uso de um peso que é retirado de uma certa altura para a cabeça do rato, que é protegida por um capacete. Este modelo animal induz alterações microestruturais e deficiências cognitivas semelhantes, como observado em pacientes que sustentam trauma leve. Portanto, este modelo de queda de peso de marmarou é apropriado para investigar biomarcadores de imagem para MTBI difuso14,15.

Este relatório demonstra a aplicação de MRI avançado da difusão em um modelo do rato do mTBI usando o modelo da gota do peso de Marmarou. Mostrado primeiramente é como induzir um traumatismo suave e difuso, e a análise usando o modelo da imagem latente do tensor da difusão (DTI) é fornecida então. A informação biológica específica é obtida com o uso de modelos de difusão mais avançados [isto é, imagem de curtose de difusão (DKI) e modelo de integridade do trato de matéria branca (WMTI)]. Especificamente, o traumatismo suave é infligido e as mudanças microestruturais são avaliadas então no hipocampo usando MRI convencional de T2-weighted e um protocolo avançado da imagem latente da difusão.

Protocol

O protocolo foi aprovado pelo Comitê de ética animal da Universidade de Ghent (ECD 15/44Aanv), e todos os experimentos foram conduzidos de acordo com as diretrizes da Comissão Européia (diretiva 2010/63/UE). 1. preparação animal e acessório do capacete Pesar um rato fêmea Wistar H (± 250 g ou 12 semanas de idade) e anestesiar em uma pequena câmara de indução preenchida com uma mistura de isoflurano (5%) e O2 durante pelo menos 1 min. Injete o rato com…

Representative Results

No estudo, todos os ratos TBI (n = 10) sobreviveram ao impacto e conseguiram recuperar do impacto e da anestesia dentro de 15 min após o descolamento da anestesia23. Nas imagens tomográficas, não houve evidência de fraturas cranianas e as imagens T2 não mostraram anormalidades como sangramento, ventrículos aumentados ou formação de edema no local da contusão 1 dia após o trauma (Figura 5). Assim, com base nessas inspeções visuais das imagens anatômicas, g…

Discussion

Desde que o MTBI é frequentemente o resultado de um ferimento difuso e subtil que não mostre nenhuma anomalia no CT e em varreduras convencionais de MRI, a avaliação de dano microestrutural após um traumatismo suave permanece um desafio. Conseqüentemente, umas técnicas mais avançadas da imagem latente são necessárias para visualizar a extensão cheia do traumatismo. A aplicação da imagem latente de ressonância magnética da difusão na pesquisa de TBI ganhou mais interesse durante a última década, onde a i…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer à Fundação de pesquisa-Flandres (FWO) por apoiar este trabalho (número de subvenção: G027815N).

Materials

Induction of trauma
0.9% NaCl physiologic solution B Braun 394496
brass weight 450g custom made custom made diamter 18mm and 210 mm height
catheter Terumo Versatus-W 26G
ethilon II Ethicon EH7824 FS-3, 4-0, 3/8, 16mm
Matrass Foam to Size Type E
Plexiglas tube ISPA Plastics 416564 M1 PMMA XT GOO tube 25×19 mm (inner diamter 19 mm, minimal length of 1.50 m)
Preclinical CT scanner Molecubes X-cube
Steel helmet custom made custom made diameter 10 mm and 3 mm thickness
Vetbond Tissue Adhesive 3M 1469SB
Vetergesic (buprenorphin) EcuPhar VETERG20 0.05 mk/kg
Xylocaine 2% gel AstraZeneca Xylocaine 2% gel
Xylocaine (lidocain 2%) Aspen/AstraZeneca Xylocaine 2% gel 100 μl injection
Diffusion MRI
Preclinical MRI acquisition software Bruker Biospin MRI GmbH Z400_PV51_CENTOS55 ParaVision 5.1 MRI software
Preclinical MRI scanner Bruker Biospin MRI GmbH PharmaScan 70/16 7T MRI scanner
Quadrature volume coil Bruker Biospin MRI GmbH RF RES 300 1H 075/040 QSN TR Model No: 1P T13161C3
Small animal physiological monitoring unit Rapid Biomedical EKGHR02-0571-043C01 Unit for respiratory monitoring
Water-based heating unit Thermo Fisher Scientific Haake S 5P Model No: 1523051
Anaesthesia
Anaesthesia movable unit Veterenary technics BDO – Medipass, Ijmuiden
isoflurane: Isoflo Zoetis B506
Oxygen generator Veterenary technics 7F-3 BDO – Medipass, Ijmuiden
Diffusion image processing
Amide http://amide.sourceforge.net Version 1.0.5. Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, " AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis", Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003)
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Cite This Article
Braeckman, K., Descamps, B., Vanhove, C. Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (150), e60012, doi:10.3791/60012 (2019).

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